金属与酸反应是金属的重要化学性质:中学化学所学的金属较多,与酸反应情况复杂,且知识较为分散,现将其反应规律进行归纳,以形成知识网络,便于联想,利于运用。
一、金属与酸反应规律
1、很活泼金属(K、Ca、Na等)能与水剧烈反应生成H2
3、较不活泼金属(金属活动顺序表中氢以后的金属)与非氧化性酸不反应,却能与氧化性酸反应,但不产生H2。如铜和稀H2SO4不反应.但能与浓H2SO4、稀HNO3等反应。
4、常温下,Al、Fe遇浓H2SO4、浓HNO3发生钝化,生成一层致密的氧化物保护膜:这也是金属与强氧化性酸发生氧化还原反应的结果.
6、铁和硝酸反应复杂,具体情况如下图
例1一定量盐酸跟过量铁粉反应时,为了减缓反应速度,且不影响生成氢气的总量,可向盐酸中加人适量的()
(A)NaOH(固体)(B)H2O(C)NH4Cl(固体)(D)CH3COONa(固体)
解析:铁粉与盐酸反应时,在反应温度没有显著改变的情况下,反应速度主要取决于[H+],生成H2的量则取决于盐酸中H+的量。题中要求减缓反应速度,但不影响生成氢气的总量,即降低Fe2+离子浓度,但保持盐酸中H+的总量不变。答案为(B)、(D)。
例2A、B、C、D、E分别是Cu、M、Fe、Al、Mg5种金属中的一种。已知(l)A、C均能与稀硫酸反应放出气体;(2)B与D的硝酸盐反应,置换出D;(3)C与强碱反立放出气体;(4)C、E在冷浓硫酸中发生钝化:由此判断A、B、C、D、E依次为():
(A)FeCuAlAgMg
(B)AlCuMgAgFe
(C)MgCuAlAgFe
(D)MgAgAlCuFe
解析:此题是对常见金属活动顺序的考查。(l)A、C均能与稀H2SO4反应放出气体,即A、C为金属活动顺序表中氢以前的金属;(2)B可置换出D,说明金属活动性B>D;(3)C与强碱反应放出气体,C只能为Al;(4)C,E在冷浓硫酸中钝化,即C、E分别为Al、Fe。综合以上分析,答案为(C)
例3将0.2mol甲金属投人到100mL1mol/L盐酸中,然后再向所得溶液中投人0.1mol乙金属,整个反应过程中所得氢气的体积最大的是()。
(A)
(B)
(C)
(D)
甲
Fe
K
Na
乙
Zn
Al
Mg
解析:解答此题应注意两点:(1)活泼金属Na、K在酸不足时可与水反应生成H2;(2)Al、Zn能与虿碱溶液反应生成H2。正确答案为(C)
二、金属与非氧化性酸反应的计算
解答这类试题常用到以下规律:
1、相同物质的量的不同金属与足量酸反应产生H2的体积[物质的量、质量(下同)]之比等于金属元素的化合价之比
2、相同质量的不同金属与足量酸反应产生H2的体积之比等于金属的之比
3、相同物质的量的不同酸与足量金属反应产生H2的体积之比等于酸的元数之比,而与酸的强弱无关。
4、相同质量的不同酸与足量金属反应产生H2的体积之比等于之比
例4在等物质的量的短周期金属元素的单质A和B中,分别加入足量的酸,在A中加入盐酸,B中加入稀硫酸。反应完全后,生成氢气的体积分别为Va和Vb。若要确定反应生成物中A和B的化合价,至少还需要知道的数据是()
(A)Va:Vb的值
(B)Va(或Vb)的值
(C)A(或B)的物质的量
(D)盐酸和硫酸的物质的量浓度
解析用上述规律1,结合短周期金属元素的化合价只有+1、+2、+3价,可迅速选择答案(A):
例5含有M金属(质量不超过0.5g)的铁5.6g,与足量稀硫酸反应,生成0.23g氢气,则M可能为()
(A)Mg(B)Al(C)Zn(D)Cu
解析:本题为两组分混合物成分的确定,可用极端假设法分析:若5.6g金属全为铁,反应生成氢气0.2g,小于0.23g,则同质量的m(完全反应生成复气的质量)应大于0.23g,显然(C)、(D)被排除:若无题中括号内的条件,(A)、(B)都是答案;有“M质量不超过0.5克”,则应对(A)、(B)进行验证:由于同质量Mg,Al完全反应产生H2的量:Mg<Al,因此应选择Mg为验证对象:
,(A)不合要求,答案为B。(若,(A)(B)均为本题答案
例6两种金属组成的混合物20g,与足量Cl2反应时固体增重35.5g;同量该混合物与足量稀盐酸反应时,产生11.2LH2(标准状况),则该混合物可能是()。
(A)MgAl(B)AlFe(C)MgZn(D)CuZn
解析:由题中条件可以看出:20g混合物与Cl2反应失去的电子数等于与稀盐酸反应失去的电子数(1mol),因此(1)混合物中的金属与Cl2、稀盐酸反应时无变价(不可能含Fe);(2)混合物中能与Cl2反应的金属,必须也能跟稀盐酸反应(不可能含Cu),(B)、(D)选项被淘汰。又因20g混合物在反应中失去1mol电子,(A)不合题意(大于1mol),故答案为(C)。
三、金属与氧化性酸反应的计算解答这类试题,应注意两个重要规律:
1、电子得失守恒:在氧化还原反应中,氧化剂得电子总数必然等于还原剂失电子总数:
2、质量守恒:如在金属与硝酸反应中,被还原硝酸的物质的量等于还原产物中氮原子的物质的量
例7某金属单质跟一定浓度的硝酸反应,假定只产生单一的还原产物。当参加反应的单质与被还原硝酸的物质的量之比为2:1时,还原产物是()
(A)NO2(B)NO(C)N2O(D)N2
解析:确定还原产物即确定产物中N元素的价态:设金属元素在反应中表现为+x价,还原产物中氮元素为y价,由电子得失守恒规律有:2x=(5-y)×1,将选项中氮元素的化合价逐一代入上式.只有(C)合理
例838.4mg铜跟适量的浓硝酸反应,铜全部作用后,共收集到气体22.4mL(标准状况),反应消耗的HNO3的物质的量可能是()
(A)1·0×10-3mol(B)1.6×10-3mol(C)2·2×10-3mol(D)2·4×10-3mol
解析:本题隐含的反应是:随着反应进行,硝酸浓度减小,还原产物由NO2变为NO,即22.4mL气体为NO2和NO的混合物,根据质量守恒定律,反应消耗的HNO3的物质的量等于Cu(NO3)2中氮原子的物质的量与还原产物(NO2和NO)中氮原子的物质的量之和,即反应消耗的HNO3为